苗加樂(lè)

（杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司設(shè)備工程部，浙江 杭州 310018）

高壓空氣回收系統(tǒng)在PET吹瓶設(shè)備上的應(yīng)用

苗加樂(lè)

（杭州娃哈哈集團(tuán)有限公司設(shè)備工程部，浙江 杭州 310018）

空氣壓縮機(jī)是PET吹瓶能耗最高環(huán)節(jié)，通常高壓空氣壓縮機(jī)生成的高壓氣在完成高壓定型后被直接排放，如果將這個(gè)資源進(jìn)行有效的回收，并利用到低壓系統(tǒng)，可以達(dá)到節(jié)能減排目的，本文針對(duì)日趨成熟的吹瓶機(jī)吹瓶高壓空氣回收系統(tǒng)，從回收原理，系統(tǒng)具體工作流程和回收系統(tǒng)的效果等方面全面介紹了高壓氣回收系統(tǒng)在PET吹瓶設(shè)備上的應(yīng)用。

高壓空氣回收系統(tǒng)；PET吹瓶；應(yīng)用

由于近年石油價(jià)格的大幅飆升，PET原料的成本也日漸高漲，如何在制造環(huán)節(jié)降低加工成本也日益成為吹瓶工廠和設(shè)備廠家關(guān)注的環(huán)節(jié)。PET瓶的吹瓶時(shí)，能耗最大的輔助設(shè)備就是空壓機(jī)，特別是使用熱灌裝工藝吹瓶時(shí)，壓縮空氣的消耗更是成倍的增加。使用傳統(tǒng)的吹瓶設(shè)備吹瓶，由空壓機(jī)從大氣中吸氣，通過(guò)多級(jí)增壓，產(chǎn)生壓力高達(dá)40bar的高壓空氣，用于吹瓶后直接排放到大氣中，壓縮空氣的利用率極低。如果將這部分排放的壓縮空氣加以回收，利用，經(jīng)濟(jì)效益將十分可觀。

本文介紹的高壓氣空氣回收系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)ARS系統(tǒng)）就是基于傳統(tǒng)的吹瓶設(shè)備，對(duì)原有系統(tǒng)改造后實(shí)現(xiàn)將原來(lái)排放的壓縮空氣加以回收和利用，達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

1 ARS系統(tǒng)的回收原理

PET瓶的吹制工藝，一般為雙向拉伸，拉伸桿將瓶坯拉長(zhǎng)的同時(shí)，利用壓縮空氣吹瓶坯，提供瓶坯軸向的拉伸。整個(gè)吹瓶的過(guò)程，先使用一次吹氣（10-12bar的壓縮空氣）使瓶子成型約70%-80%，然后使用二次吹氣（35-40bar的壓縮空氣）使瓶子完全成型。熱灌裝瓶的吹制，需要額外的冷卻吹氣（35-40bar的壓縮空氣）對(duì)瓶子進(jìn)行冷卻。由于冷卻吹氣時(shí)，為達(dá)到冷卻的效果壓縮空氣是直接排放的，因此熱灌裝工藝吹瓶時(shí)，耗氣量更大。

仔細(xì)分析吹瓶機(jī)生產(chǎn)熱灌裝瓶時(shí)的吹瓶工藝，如圖（1），可以看出，在冷卻吹氣時(shí)，全部的40bar的高壓氣被全部排出。如果能夠把排掉的這部分高壓氣回收使用，例如用作低壓氣，將節(jié)省原先使用空壓機(jī)的能耗。

ARS系統(tǒng)的回收原理見(jiàn)圖（2）。保持原來(lái)工藝的一次吹氣和二次吹氣不變，在冷卻吹氣階段，對(duì)壓縮空氣的壓力進(jìn)行檢測(cè)，在一個(gè)設(shè)定的壓力值開(kāi)始啟動(dòng)回收閥，將原來(lái)的排放的壓縮空氣回收到回收氣罐中，當(dāng)吹氣的壓力低于一個(gè)設(shè)定值（如小于14bar）后將回收閥關(guān)閉，不再回收，而改為直接排放。此外，由于原來(lái)的一次吹氣的10-12bar的壓縮空氣是由高壓氣（35-40bar）減壓而來(lái)，如果將回收的壓縮空氣的壓力控制在14bar以上，就可以把回收后的壓縮氣減壓用作一次吹氣，還可節(jié)省高壓氣的消耗。

2 ARS系統(tǒng)的具體工作流程

一般的ARS系統(tǒng)由回收閥，帶自動(dòng)控制開(kāi)關(guān)的回收氣罐，壓力傳感器，安全回路等組成，一個(gè)典型的ARS系統(tǒng)組成如下圖（3）

具體的工作流程如下：

工廠原來(lái)的40bar的高壓氣從管路A進(jìn)入，經(jīng)減壓閥19減壓到比一次吹氣壓力大1bar（一般為11-12bar），通過(guò)管路B輸送到管路C。

在管路C分成2路，一路經(jīng)過(guò)減壓閥24減壓至6-8bar，作為后面回收氣閥和排氣閥的先導(dǎo)氣。另外一路，經(jīng)過(guò)一單向閥和減壓閥23減壓至10-11bar后進(jìn)入一次吹氣儲(chǔ)氣罐11。儲(chǔ)氣罐11除了提供一次吹氣外，還經(jīng)過(guò)減壓閥13的減壓到6-8bar，經(jīng)過(guò)管路D作為機(jī)器內(nèi)部的動(dòng)作氣，用于氣缸等氣動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)。當(dāng)機(jī)器發(fā)生緊急情況，急停開(kāi)關(guān)按下后，兩位四通閥10和兩位兩通閥12將會(huì)切斷機(jī)器的動(dòng)作氣，確保安全。

高壓空氣回收裝置不啟動(dòng)，一次吹氣的壓縮空氣和機(jī)器內(nèi)部的供氣就通過(guò)前面的回路供氣。

ARS系統(tǒng)的中，每個(gè)吹瓶模塊都配備了一個(gè)由兩位兩通閥和回收閥組成的回收閥組（上圖的17和20）.每個(gè)閥組均配置了壓力傳感器（18和22）。兩位兩通閥由一個(gè)兩位五通閥（上圖的16和21）驅(qū)動(dòng)，而回收閥也是有一個(gè)兩位五通閥（上圖的1和5）驅(qū)動(dòng)。

ARS系統(tǒng)，吹瓶時(shí)，閥組17或22的兩位兩通閥在換向閥16或21的驅(qū)動(dòng)下，先關(guān)閉，吹瓶工藝完成一次吹氣和二次吹氣后，進(jìn)入冷卻吹氣，閥組17或22中的兩位兩通閥打開(kāi)，回收閥在換向閥1或5的驅(qū)動(dòng)下也打開(kāi)，壓力傳感器18或22測(cè)到吹瓶回路里的壓力達(dá)到了控制系統(tǒng)的設(shè)定值時(shí)，閥組17或22中的回收閥關(guān)閉，瓶子中的壓縮空氣通過(guò)閥組17或22，經(jīng)過(guò)一個(gè)單向閥，通過(guò)管路E進(jìn)入回收氣罐14或15?；厥諝夤拊诠苈稦上設(shè)置了壓力開(kāi)關(guān)3，用于控制回收氣罐內(nèi)的壓力。此外，回收氣罐還有安全閥2，這樣，通過(guò)做機(jī)械和電氣控制給回收氣罐提供了雙保險(xiǎn)。兩位兩通閥4主要作用是當(dāng)機(jī)器停機(jī)后，關(guān)閉高壓氣閥，回收氣罐內(nèi)的壓縮空氣將會(huì)全部排空。

回收到回收氣罐內(nèi)的氣體經(jīng)過(guò)管路F和G經(jīng)過(guò)減壓閥23的減壓，進(jìn)入一次吹氣罐。這樣，在管路C上的單向閥隔斷了從管路B過(guò)來(lái)的氣，一次吹氣的壓縮空氣轉(zhuǎn)為全部由回收氣供氣，同時(shí)機(jī)器內(nèi)部的全部工作氣也全部是回收氣提供了。到此，實(shí)現(xiàn)了一次吹氣和機(jī)器內(nèi)部工作氣全部使用回收氣的目標(biāo)。

此外，回收氣罐內(nèi)的氣體通過(guò)管路H，經(jīng)過(guò)濾后可以送到吹瓶機(jī)外的儲(chǔ)氣罐，作為的其它設(shè)備的壓縮空氣氣源。回收氣罐上的壓力開(kāi)關(guān)3控制著回收罐內(nèi)的壓力，一般設(shè)定壓力開(kāi)關(guān)的工作范圍在14-14.5bar, 當(dāng)回收氣罐內(nèi)的壓力低于14bar時(shí)，兩位五通閥8會(huì)將兩位兩通閥9關(guān)閉，回收氣將優(yōu)先用于供給一次吹氣和系統(tǒng)內(nèi)部。當(dāng)罐內(nèi)壓力超過(guò)14.5bar，時(shí)，兩位兩通閥9打開(kāi)，回收氣將送到吹瓶機(jī)系統(tǒng)外的儲(chǔ)氣罐。吹瓶機(jī)外的儲(chǔ)氣罐上也安裝了兩個(gè)壓力開(kāi)關(guān)26和27，用于保證安全。壓力開(kāi)關(guān)26一般設(shè)定為9-9.5bar，壓力開(kāi)關(guān)27設(shè)定為10-10.5bar。當(dāng)儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力超過(guò)9.5bar，壓力開(kāi)關(guān)26將通過(guò)兩位五通閥7驅(qū)動(dòng)兩位兩通閥6排氣減壓。如果儲(chǔ)氣罐內(nèi)的壓力超過(guò)10.5bar，壓力開(kāi)關(guān)27動(dòng)作，直接暫停ARS系統(tǒng)的回收工作，保證儲(chǔ)氣罐的安全。

3 ARS系統(tǒng)的運(yùn)行效果

目前除了SIDEL，KRONES對(duì)自己的吹瓶設(shè)備均配置了不同回收效率的高壓氣回收難系統(tǒng)，瑞士TECHNOPLAN Engineering SA公司更是作為第三方，提供針對(duì)不同的吹瓶機(jī)的全套的高壓氣回收系統(tǒng)，回收效果很好。對(duì)TECHNOPLAN的提供回收方案進(jìn)行實(shí)測(cè)，以意大利知名一步法吹瓶設(shè)備供應(yīng)商西帕的ECS FX20/80 HF為例，生產(chǎn)500ml的熱灌裝瓶，單機(jī)20000瓶/小時(shí)的產(chǎn)能進(jìn)行節(jié)能算：

耗氣量測(cè)算

1.原來(lái)40bar高壓氣的耗氣量為：1995Nm3/小時(shí);

2.使用空氣回收裝置后，高壓氣的耗氣量為：1841 Nm3/小時(shí);

3.高壓氣的耗氣量減少了154 Nm3/小時(shí);

4.回收氣供給儲(chǔ)氣罐的量為：960 Nm3/小時(shí)；

5.總的回收率達(dá)到了（154+960）/1995=55.8%

耗電量計(jì)算：

由于高壓氣回收系統(tǒng)的運(yùn)行，可以少開(kāi)一臺(tái)產(chǎn)氣量在900 Nm3/小時(shí)的空壓機(jī)，按照產(chǎn)每立方高壓氣耗電0.25KW，每立方低壓氣耗電0.125KW計(jì)算

1.不使用回收裝置，耗氣1995 Nm3/小時(shí)，需要電499KW；

2.使用回收裝置，節(jié)省了154 Nm3/小時(shí)，耗電38.5KW;

3.給儲(chǔ)氣罐供氣960 Nm3/小時(shí)，產(chǎn)960 Nm3氣需要120KW；

4.由于高壓氣的節(jié)省和回收產(chǎn)生的960 Nm3的低壓氣，節(jié)電158.5KW

5.節(jié)電率為158.5/499=32%。

6.按照每度電0.63元計(jì)算，使用空氣回收裝置，可節(jié)電99.855元。

此外，由于空壓機(jī)停運(yùn)，節(jié)省的空壓機(jī)維修和其它運(yùn)行成本也很可觀。

結(jié)論

PET吹瓶設(shè)備的ARS系統(tǒng)的運(yùn)用，給吹瓶廠帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，此外，由于回收空氣經(jīng)過(guò)多級(jí)過(guò)濾，為其它設(shè)備提供了優(yōu)質(zhì)的氣源。作為一項(xiàng)成熟的節(jié)能改造，ARS系統(tǒng)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

意大利西帕公司： I-ARS Ssystem .2006年

Application of high-pressure air recovery system in PET blowing equipment

Miao Jiale
(Equipment Engineering Department, Hangzhou Wahaha Group, Hangzhou, Zhejiang 310018)

The air compressor is the highest energy consumption part of PET blowing.Usually the high pressure gas being generated by high-pressure air compressor is directly discharged after the completion of high pressure forming.If the resources are effectively recovered, and used in the low-pressure system, it can achieve the effi ciency of energy saving and reduction.This paper is focused on the high pressure air recovery system of maturing bottles blowing machine.Discussing the recovery principle, system specifi c work processes and the effect of recovery system, the high-pressure gas recovery system is introduced in the application of PET bottle blowing equipment.

High-pressure air recovery system；PET bottle blowing；Application